The impact of oxo functionalization in the photophysics and photochemistry of nucleobasesImplications in prebiotic chemistry and the current composition of nucleic acids

Resumen

El ADN es probablemente la biomolécula más relevante para la vida. Su función de almacenamiento de la información genética para la construcción de componentes celulares como las proteínas es fundamental para el desarrollo de los organismos vivos. Por esta razón, durante décadas el objetivo principal de científicos de diversas áreas se ha centrado en determinar el origen de esta macromolécula. Desde que en la época primigenia el ARN se convirtiera en la parte central del metabolismo, el largo y complicado proceso evolutivo derivó en la especialización estructural y funcional que posee el ADN en la actualidad. Conocer los procesos de selección que han dado lugar a nuestro alfabeto genético puede ayudar a compren- der la preservación de las cinco nucleobases naturales que componen el material hereditario frente al gran número de candidatos iniciales. Sin duda, la luz es considerado un factor determinante en la supervivencia de los componentes del ADN. Por lo que la respuesta de estos a la interacción con la luz ha permitido establecer que agente estructurales y químicos han condicionado la supervivencia de estos sistemas frente a otros. En especial, todas las nucleobases naturales son capaces de disipar de forma rápida y efectiva el exceso de energía absorbida, otorgándoles una deseada fotoestabilidad que contribuye a la inmutabilidad del material genético. En este trabajo se ha llevado a cabo un detallado análisis de los oxo derivados de las bases pirimidínicas y púricas tras su exposición a la luz ultravioleta para establecer los factores que propician la fotoestabilidad de los sistemas. Desde un punto de vista teórico se ha desarrollado un estudio estático y dinámico de varias nucleobases modificadas a uno de los niveles multicofiguracionales más precisos del momento. Los resultados expuestos demuestran la capacidad que posee un grupo carbonilo en posición C4 o C6 de la pirimidina o purina, respectivamente, de alterar la fotofísica de los estados excitados y favorecer un camino directo y rápido de desactivación. Por el contrario, la incorporación del grupo en posición C2 en la pirimidina promueve la generación de estados triplete de larga duración que pueden desencadenar reacciones secundarias nocivas. Sin embargo, en ambos casos de mono sustitución se ha registrado una inesperada fotodegradación de los sistemas debido a la inusual apertura de los anillos de pirimidina y purina. Estas rutas alternativas, lejos de ser caminos residuales, comprometen enormemente la integridad estas nucleobases generando múltiples fotoproductos. Por lo que, a pesar de que algunos de estos oxo derivados presentan eficientes caminos de relajación que permiten la desactivación completa del sistema, la mono sustitución de un grupo carbonilo no garantiza la integridad de los sistemas. Sin duda, la doble incorporación del grupo carbonílico, como en el caso del uracilo, es fundamental para asegurar la fotoestabilidad y la fotointegridad de las nucleobases.